1. CEL ĆWICZENIA.
Zapoznanie się z zasadą działania oraz budową spektroskopu i spektrofotometru Spekol , a także skalowanie spektroskopu oraz obserwacja widma emisyjnego i absorbcyjnego.
2. WSTĘP TEORETYCZNY.
Widmem optycznym nazywamy obraz uzyskany w wyniku rozszczepienia promieniowania polichromatycznego na składowe o różnych długościach fal. W zależności od sposobu powstawania , widma dzielą się na emisyjne i absorpcyjne.Widmo emisyjne , czyli widmo światła emitowanego przez daną substancję może mieć postać jasnych , barwnych prążków , kolorowych pasm lub zespołu barw przechodzących jedna w drugą. Widmo złożone z barwnych ostrych prążków nazywamy widmem emisyjnym liniowym , a prążki liniami widmowymi.
Gdy wiązka promieniowania polichromatycznego przepuszczona zostanie przez warstwę gazu , cieczy lub ciała stałego , to powstaje widmo absorbcyjne na tle widma ciągłego , pochodzącego od źródła polichromatycznego. Obserwujemy pojedyńcze ciągłe linie lub tzw. pasma absorbcyjne.
Do obserwacji i rejestracji widm służą następujące przyrządy :
a ) Spekol
Przrządem fotometrycznym przeznaczonym do pracy w widzialnej częsci widma jest tzw. Spekol.
Podstawową częscią przyrządu monochromator siatkowy. Zadaniem jego jest wydzielenie z widma ciągłego interesującego nas wycinka tego widma.Promieniowanie monochromatyczne wychodzące ze szczeliny wejściowej monochromatora jest przez kolimator kierowane w postaci równoległej wiązki na odbiciową siatkę dyfrakcyjną , która je spektralnie rozkłada na widmo. wybieranie żądanej częsci widma odbywa się przez obrót siatki ( zmiana kąta padania ) za pomocą pokrętła. Pokrętło jest wyskalowane w nanometrach , dzięki czemu możemy dokonać bezpośredniego odczytu długości fali przepuszczanej części widma przez szczelinę monochromatora.
b ) spektroskop
Zasadniczą częścią spektroskopu jest pryzmat 5 , który dokonuje analizy badanego światła. Kolimator 2 ze szczeliną 3 i soczewką 4 służy do otrzymania wiązki promieni równoległych , lunetka 6 do bezpośredniej obserwacji widma. Kolimator podziałki 10 z moświetloną skalą 12 służy do wprowadzenia świetlnej podziałki , służącej do odczytu długości fali. Badane światło umieszcza się przed szczeliną kolimatora. Stamtąd w postaci równoległej wiązki trafia do pryzmatu , następnie po rozszczepieniu widma w pryzmacie kieruje się do lunetki. Do lunetki jest skierowany również po odbiciu od powierzchni pryzmatu obraz świetlny skali tworzony w kolimatorze podziałki. Spektroskop umożliwia obserwację widma w zakresie od dalekiej podczerwieni do ultrafioletu.
RYSUNEK SCHEMATYCZNY SPEKTROSKOPU
1- źródło światła , 2- kolimator , 3- szczelina kolimatora , 4- obiektyw kolimatora , 5- pryzmat , 6- lunetka , 7- obiektyw lunetki , 8- krzyż celowniczy , 9- okular lunetki , 10- kolimator podziałki ,11- obiektyw kolimatora podziałki , 12- podziałka , 13- podświetlenie podziałki.
3. PRZEBIEG ĆWICZENIA.
3.1 Cechowanie spektroskopu.
- oświetlamy szcelinę kolimatora lampą spektralną ( rurka Geisslera z helem ),
- korygujemy szerokośc i ustawienie szczeliny tak aby uzyskać możliwie jasny obraz o minimalnej szerokości pasków ( około 0,2 mm ),
- korygujemy ustawienie kolimatora rzutującego podziałkę aby była ona ostra i aby czerwona linia widmowa helu była w przedziale 0 10 działek a linia fioletowa 180 działek.
3.1.1 Wyznaczanie krzywej dyspersji ( krzywej skalowania spektroskopu ).
LP. |
kolor paska widma |
natężenie |
ilość działek |
długość fali |
1. |
czerwony |
średnie |
2 |
706,52 |
2. |
czerwony |
średnie |
10 |
667,81 |
3. |
żółty |
bardzo silne |
50 |
587,56 |
4. |
zielony |
średnie |
112 |
501,57 |
5. |
niebiesko - zielony |
średnie |
122 |
492,19 |
6. |
niebieski |
silne |
146 |
471,31 |
7. |
fioletowy |
słabe |
180 |
447,15 |
KRZYWA DYSPERSJI SPEKTROSKOPU
3.2 Wyznaczanie absorpcji filtrów za pomocą spektroskopu.
- oświetlamy szczelinę kolimatora światłem białym ,
- wprowadzamy filtr zielony - przepuszczalność - od 58 do 80 działek tj. 12,2 %,
- wprowadzamy filtr czerwony - przepuszczalność - od 5 do 40 działek tj. 19,4 %.
3.3 Wyznaczanie absorpcji filtrów za pomocą spektrofotometru Spekol.
- załączamy Spekol i sprawdzamy czy jest zamknięta przesłona,
- do kasetki filtrów wkładamy w jedno okienko filtr neutralny a w drugie mierzony filtr,
- potencjometrem zerowania korugujemy ustawienie miernika spektrofotometru na 0,
- ustawiamy wybraną długość fali ,
- po otwarciu przesłony ustawiamy potencjometrem wzmocnienia na wychylenie miernika na 100
- wstawiamy badany filtr i odczytujemy jego przepuszczalność,
- powyższe czynności powtarzamy zmieniając długości fal w zakresie widzialnym.
FILTR CZERWONY :
[ nm ] |
[ % ] |
[ nm ] |
[ % ] |
[ nm ] |
[ % ] |
[ nm ] |
[ % ] |
350 |
0,7 |
610 |
4 |
670 |
88 |
750 |
96 |
360 |
0,8 |
620 |
15 |
680 |
90 |
760 |
97 |
370 |
1 |
630 |
44 |
690 |
91 |
770 |
97 |
500 |
1 |
640 |
70 |
700 |
92 |
780 |
97 |
550 |
1 |
650 |
82 |
710 |
93 |
790 |
97 |
600 |
1,5 |
660 |
87 |
730 |
95 |
800 |
97 |
FILTR ZIELONY :
[ nm ] |
[ % ] |
[ nm ] |
[ % ] |
[ nm ] |
[ % ] |
[ nm ] |
[ % ] |
[ nm ] |
[ % ] |
410 |
67 |
460 |
36 |
520 |
63 |
570 |
37 |
620 |
5,5 |
420 |
57 |
480 |
42 |
530 |
62 |
580 |
28 |
630 |
3,5 |
430 |
47 |
490 |
48 |
540 |
59 |
590 |
20 |
650 |
1,8 |
440 |
40 |
500 |
54 |
550 |
53 |
600 |
13 |
700 |
1 |
450 |
36 |
510 |
60 |
560 |
46 |
610 |
9 |
750 |
0 |
4. WNIOSKI.
W czasie skalowania spektroskopu należy zwrócić uwagę , by prążki otrzymanego widma helu były ostre i wyraziste. W rzeczywistym przypadku należy uwzględnić szerokość prążków widmowych i wynikający z tego błąd określenia długości fali. Na przedstawionym wykresie zależności miejsca prążka na skali od długości fali tego prążka , błąd oznaczenia długości fali jest do zaniedbania.
Przy pomiarach Spekolem wymagana jest delikatna obsługa ( otwieranie i zamykanie przysłony , zerowanie , przesuwanie kasetki filtrów ). Obliczanie błędów jest tu bezcelowe gdyż nie mamy do dyspozycji wzorca absorpcji. Największą dokładność uzyskujemy , dobierając tak grubość płytki by jej ekstynkcja mieściła się w granicach od 0,4 do 0,7. Najmniejszy błąd uzyskujemy podczas ekstynkcji 0,5.